Klasický transformátor napätia (VT) je zariadenie, ktoré prevádza jednu hodnotu na druhú. Proces je sprevádzaný čiastočnou stratou výkonu, je však opodstatnený v situáciách, keď je potrebné zmeniť parametre vstupného signálu. Pri konštrukcii takého transformátora sú poskytnuté prvky navíjania, ktorých správny výpočet je možné získať požadované výstupné napätie.
Účel a princíp činnosti
Hlavným účelom transformátorov napätia je prevádzať vstupný signál na úroveň špecifikovanú úlohami používateľa - keď je potrebné znížiť alebo zvýšiť prevádzkový potenciál. To sa dá dosiahnuť vďaka princípu elektromagnetickej indukcie, ktorý ako zákon formulovali vedci Faraday a Maxwell. Podľa neho je v akejkoľvek slučke umiestnenej v blízkosti iného podobného závitu drôtu indukovaný EMF prúdom, úmerným toku magnetickej indukcie, ktorý nimi preniká. Veľkosť tejto indukcie v sekundárnom vinutí transformátora (pozostávajúca z mnohých takýchto závitov) závisí od prúdu v primárnom okruhu a od počtu závitov v oboch cievkach.
Prúd v sekundárnom vinutí transformátora a napätie pri záťaži, ktorá je k nemu pripojená, sú určené iba pomerom počtu závitov v oboch cievkach. Zákon elektromagnetickej indukcie umožňuje správne vypočítať parametre zariadenia, ktoré prenáša energiu zo vstupu na výstup s požadovaným pomerom prúdu a napätia.
Aký je rozdiel medzi prúdovým transformátorom a transformátorom napätia
Ich rozdiely v dizajne sú nasledovné:
- ako primárne vinutie v prúdových transformátoroch sa používa napájacia zbernica, na ktorej je namontovaná;
- parametre sekundárneho vinutia sú určené na pripojenie k meraciemu zariadeniu (napríklad elektromer v dome);
- v porovnaní s VT je prúdový transformátor kompaktnejší a má zjednodušený spínací obvod.
Prúdové a napäťové transformátory spĺňajú rôzne požiadavky, pokiaľ ide o presnosť prevedených hodnôt. Ak je tento indikátor pre meracie zariadenie veľmi dôležitý, potom má pre napäťový transformátor druhoradý význam.
Klasifikácia napäťových transformátorov
- výkonové transformátory s uzemnením alebo bez uzemnenia;
- meracie prístroje;
- autotransformátory;
- špeciálne zodpovedajúce zariadenia;
- izolačné a špičkové transformátory.
Prvá z týchto odrôd sa používa na dodanie neprerušiteľného zdroja energie spotrebiteľovi v podobe, ktorá je pre neho prijateľná (s požadovanou amplitúdou). Podstatou ich pôsobenia je transformácia jednej úrovne potenciálu na druhú za účelom následného prenosu na záťaž.Napríklad trojfázové zariadenia inštalované na trafostanici umožňujú zníženie vysokého napätia z 6,3 a 10 kV na hodnotu domácnosti 0,4 kV.
Autotransformátory sú najjednoduchšie indukčné konštrukcie, ktoré majú jedno vinutie s odbočkami na nastavenie výstupného napätia. Zhodné výrobky sú inštalované v slaboprúdových obvodoch, ktoré zabezpečujú prenos energie z jedného stupňa do druhého s minimálnymi stratami (s maximálnou účinnosťou). Pomocou takzvaných „izolačných“ transformátorov je možné organizovať elektrickú izoláciu obvodov s vysokým a nízkym napätím. Takto je zaručená ochrana majiteľa domu alebo letnej chaty pred úrazom elektrickým prúdom s vysokým potenciálom. Tento typ prevodníkov navyše umožňuje:
- prenášať elektrinu od zdroja k spotrebiteľovi v požadovanej a bezpečnej forme;
- chrániť záťažové obvody s citlivými zariadeniami v nich zahrnutými pred elektromagnetickým rušením;
- blokovať vstup zložky s konštantným prúdom do pracovných obvodov.
Špičkové transformátory sú ďalším typom zariadenia, ktoré premieňa elektrickú energiu. Slúžia na určenie polarity impulzných signálov a na ich porovnanie s výstupnými parametrami. Tento typ prevodníkov je inštalovaný v signálnych obvodoch počítačových systémov a rádiových komunikačných kanálov.
Prístrojové transformátory napätia a prúdu
Špeciálne prístrojové transformátory sú špeciálnym typom prevodníkov, ktoré umožňujú zahrnutie monitorovacích zariadení do výkonových obvodov. Ich hlavným účelom je prevádzať prúd alebo napätie na hodnotu, ktorá je vhodná na meranie parametrov siete. Potreba to vyvstáva v nasledujúcich situáciách:
- pri odčítaní údajov pomocou elektromerov;
- ak sú v obvodoch napájania nainštalované napäťové a prúdové ochranné relé;
- ak sú v ňom ďalšie automatizačné zariadenia.
Merače sú klasifikované podľa návrhu, typu inštalácie, transformačného pomeru a počtu stupňov. Podľa prvého znaku sú zabudované, priechodné a podperné, a na mieste - vonkajšie alebo určené na inštaláciu v komôrkach rozvádzača uzavretého typu. Podľa počtu konverzných krokov sú rozdelené na jednostupňové a kaskádové a podľa konverzného pomeru - na produkty, ktoré majú jednu alebo viac hodnôt.
Vlastnosti prevádzky VT v sieťach s izolovaným a uzemneným nulovým bodom
Poškodenie elektrického zariadenia je možné v dôsledku zvýšenia fázového napätia na lineárne a následného vzhľadu striedavého oblúka. Bez ohľadu na príčinu a spôsob činnosti je to najnebezpečnejší typ skratu s vysokým faktorom prepätia. V tomto prípade je pravdepodobnosť výskytu ferorezonancie v sieti vysoká.
Ferorezonančný obvod v energetických sieťach s izolovaným neutrálom je reťazec s nulovou sekvenciou s nelineárnou magnetizáciou. Trojfázový neuzemnený VT sú v podstate tri jednofázové transformátory spojené spôsobom hviezda-hviezda. V prípade prepätia v zónach, kde je inštalovaný, sa indukcia v jeho jadre zvyšuje asi 1,73-krát, čo spôsobuje výskyt ferorezonancie.
Na ochranu pred týmto javom boli vyvinuté špeciálne metódy:
- výroba VT a TT s nízkou samoindukciou;
- zahrnutie ďalších prvkov tlmenia do ich obvodu;
- výroba trojfázových transformátorov s jediným magnetickým systémom v 5-tyčovom prevedení;
- uzemnenie neutrálneho drôtu cez reaktor obmedzujúci prúd;
- použitie kompenzačného vinutia atď.;
- použitie reléových obvodov, ktoré chránia vinutia VT pred nadprúdom.
Tieto opatrenia chránia meracie VT, ale úplne nevyriešia bezpečnostný problém. V tom môžu pomôcť uzemnené zariadenia nainštalované v sieťach s izolovanou neutrálnou zbernicou.
Charakter činnosti nízkonapäťových transformátorov v režimoch s uzemneným neutrálom je charakterizovaný zvýšenou bezpečnosťou a výrazným znížením ferorezonančných javov. Ich použitie navyše zvyšuje citlivosť a selektivitu ochrany v jednofázovom obvode. Toto zvýšenie je možné v dôsledku skutočnosti, že indukčné vinutie transformátora je zahrnuté v uzemňovacom obvode a krátko zvyšuje prúd cez ochranné zariadenie v ňom nainštalované.
PUE poskytuje odôvodnenie prípustnosti krátkodobého uzemnenia neutrálu s malou indukčnosťou vinutia VT. Na to sa používa automatizácia v sieti, ktorá s výkonovými kontaktmi, keď dôjde k OZ, po 0,5 sekundách krátko pripojí transformátor k prípojniciam. Pôsobením pevne uzemneného neutrálu začne v prípade jednofázovej zemnej poruchy v ochrannom obvode tiecť prúd obmedzený indukčnosťou VT. Jeho hodnota je zároveň dostatočná na spustenie ochrany proti OZ a vytvorenie podmienok pre hasenie nebezpečného výboja oblúka.
